Signaling pathways in self-renewal and differentiation of cardiovascular stem cells

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Die Fallot`sche Tetralogie ist der häufigste schwere Herzfehler im Kindesalter mit einer Häufigkeit von 1 auf 3000 Geburten (1). Die Ätiologie begann man erst in den letzten zehn Jahren näher zu verstehen. Genetische Studien im Menschen konnten einige Gene identifizieren, die für vererbte und sporadische Formen der Fallot`schen Tetralogie verantwortlich sind. Diese Gene kodieren für Schlüsselmoleküle, die konservierte regulatorische Netzwerke der frühen Kardiogenese steuern (2). Die Existenz zwei bestimmter Populationen kardialer Vorläuferzellen, eine Zellgruppe, die ausschließlich den linken Ventrikel und eine zweite, die hauptsächlich den Ausflußtrakt, den rechten Ventrikel und die Vorhöfe bilden, hat einen neuen Zugang in der Interpretation angeborener Herzfehler ermöglicht. Die Erkrankung kann damit nicht als ein Defekt in einem bestimmten Gen, sondern als Defekt in der Bildung, Expansion und Spezifizierung einer definierten Population embryonaler Herzvorläuferzellen verstanden werden (3). Der Transkriptionsfaktor ISL1 markiert diese zweite Gruppe von kardialen Progenitorzellen (4-7). Bisher ist nicht viel über die Zielgene von ISL1 während der Herzentwicklung bekannt, und wie Gene, die als ursächlich für angeborene Herzfehler identifiziert wurden, Zellentscheidungen in der ISL1 Zelllinie beeinflussen. Die Hauptziele dieses Antrages sind im folgenden aufgeführt: (1) die Entschlüsselung der funktionellen Rolle von ISL1 abhängigen Zielgenen, die bei einem genomweiten ChIP-Seq Ansatzes identifiziert wurden; (2) die Erzeugung induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS) von gesunden Kontrollen und Patienten, die an schweren Formen der Fallot`schen Tetralogie mit Entwicklungsdefekten in Herzkompartimenten, die durch ISL1+ Herzvorläufer gebildet werden (Ausflußtrakt und ventrikuläres Septum) leiden; (3) die Differenzierung dieser iPS Zellen in ISL1+ kardiovaskuläre Progenitorzellen und die Identifizierung eines Panels an Oberflächenmarkern zur Antikörper-basierten Aufreinigung der Zellen; und (4) der Gebrauch von ISL1+ Präkursorzellen, die aus iPS Zellen von Fallot`schen Tetralogie Patienten gewonnen wurden, als Modellsystem, um molekulare und zelluläre Mechanismen der gestörten Spezifizierung und Differenzierung in vitro zu untersuchen. Wir erwarten, dass diese Arbeiten neue wichtige Einblicke geben werden, wie pathologische Veränderungen in transkriptionellen oder epigenetischen Programmen von Progenitorzellen während der Herzbildung in bestimmten strukturellen Herzfehlern resultieren.